WO2006040993A1

WO2006040993A1 - 超音波洗浄装置

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Publication number: WO2006040993A1
Application number: PCT/JP2005/018515
Authority: WO
Inventors: Youichirou Matsumoto; Teiichirou Ikeda; Shin Yoshizawa; Terutaka Sahara; Nobuo Tsumaki; Yoshimitsu Kitada
Original assignee: University of Tokyo NUC; Hitachi Plant Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; University of Tokyo NUC
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2007-04-12
Also published as: KR20070083678A; CN101052478B; US20090025761A1; KR100925121B1; CN101052478A; JP2006110418A; US20100192974A1; JP4442383B2

Abstract

　被洗浄物の表面に付着する汚れを、超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置であって、　前記洗浄液を貯留する洗浄槽と、　前記洗浄液中に前記被洗浄物を支持する支持台と、　周波数１～１０ＭHzの第１の超音波と、該第１の超音波の２分の１以下の周波数の第２の超音波とを前記被洗浄物に向けて交互に集束させる超音波発生手段と、　前記集束させる集束位置から前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、　前記超音波発生手段による超音波の効力が前記被洗浄物の表面に万遍なくいきわたるように前記超音波発生手段及び前記支持台の少なくとも一方を移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする超音波洗浄装置である。

Description

明細書

超音波洗浄装置

技術分野

[0001] 本発明は、超音波洗浄装置に係り、特に半導体基板、 LCD (Liquid Crystal Displa y:液晶表示装置)用やフォトマスク用のガラス基板等のように、洗浄時における傷や破損が致命的な品質欠陥になる被洗浄物に好適な超音波洗浄装置に関する。背景技術

[0002] 半導体基板、 LCDやフォトマスク用のガラス基板に付着した微小な粒子等の汚れを除去する洗浄方法としては、例えば回転ブラシで被洗浄物を擦るブラシスクラブ洗浄、洗浄液を高圧で被洗浄物に当てる高圧ジェット洗浄、超音波を付与した洗浄液を被洗浄物に当てる超音波洗浄がある。これらの洗浄方法の中では、回転ブラシのような発塵の問題がなぐ洗浄能力も高圧ジェット洗浄よりも優れた超音波洗浄が最も適しており広く採用されている。

[0003] 超音波洗浄による汚れ除去機能としては、 2つの機能が知られている。一つはキヤビテーシヨンによる衝撃波で被洗浄物の表面に付着する粒子（固形物）などの汚れを剥離除去する物理的洗浄機能である。他の一つは超音波で発生するラジカルにより汚れを分解除去する化学的洗浄機能である。これらの 2つの機能を有効に働力せることが超音波洗浄の効果を高める上でポイントになる。また、これらの物理的洗浄と化学的洗浄の効果は、与えられる超音波のパワーが大き、ほど高、効果が得られる。しかし、従来の超音波洗浄装置は、超音波振動子の単位面積から照射される超音波エネルギーを上回るエネルギーを被洗浄物の単位表面に照射することはできず、満足できるほどの洗浄能力が得られて、な、のが実情である。

[0004] ところで、出願人は、超音波を利用した技術として、局所的に超音波の高いエネルギーを得ることのできる超音波照射装置を開発した。この超音波照射装置を使用することで腎臓結石、尿路結石、胆石等の石を、超音波により効果的に破砕することができる (特許文献 1)。

特許文献 1：特開 2004— 33476号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、特許文献 1の超音波照射装置の技術を、上述の半導体基板やガラス基板の洗浄に適用するには更なる装置構成の改良が必要である。

[0006] 即ち、半導体基板やガラス基板の洗浄の場合、洗浄効果が高ヽことは勿論のこと、洗净時に半導体基板やガラス基板の表面に超音波のエネルギーで傷つけたり、破損させたりしないことが極めて重要である。特に、半導体基板面やガラス基板面に既に回路等の微細パターンが形成されて、る場合には、微細パターンを破壊しな、で超音波洗浄することが必要である。

[0007] 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被洗浄物の表面を傷つけたり、破損させたりすることなぐ表面に付着した粒子や有機性の汚染物等を効果的に除去することができる超音波洗浄装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明の第 1側面は、前記目的を達成するために、被洗浄物の表面に付着する汚れを、超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置であって、前記洗浄液を貯留する洗浄槽と、前記洗浄液中に前記被洗浄物を支持する支持台と、周波数 l〜10MHzの第 1の超音波と、該第 1の超音波の 2分の 1以下の周波数の第 2の超音波とを前記被洗浄物に向けて交互に集束させる超音波発生手段と、前記集束させる集束位置力前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、前記超音波発生手段による超音波の効力が前記被洗浄物の表面に万遍なくいきわたるように前記超音波発生手段及び前記支持台の少なくとも一方を移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする。

[0009] 第 1側面は、被洗浄物を洗浄液中に浸漬させた状態で超音波洗浄するディップ方式の場合である。第 1側面によれば、超音波洗浄装置には、超音波発生手段から発する超音波が被洗浄物の表面、又はその近傍で点又は線をなす局部で集束するように超音波振動子が配置されるか、あるいは超音波発生源として凹面状の超音波振動子が設けられている。そして、洗浄槽内の支持台に洗浄する被洗浄物を支持する。洗浄液としては、例えば超純水を使用することができるが特に限定されるものではなぐ被洗浄物の汚れの種類により適宜選択することができる。この状態で、先ず、超音波発生手段から周波数 1〜： LOMHzの第 1の超音波を発射して、超音波が集束する集束位置に局部的にキヤビテーシヨンによる多数の気泡が集まった気泡群を発生させる。次に、超音波発生手段力も第 1の超音波の 2分の 1以下の周波数の第 2の超音波を発射して、第 1の超音波により発生した気泡群を共振させて崩壊させる。第 1 及び第 2の超音波の集束位置は同じである。ここで、気泡群の崩壊とは、気泡群が周囲の圧力変動により爆縮する際に、気泡群の中心部付近に高エネルギーが集中し、圧力の非常に大きな衝撃波が発生する現象のことを指し、気泡群が分裂又は消滅してゆく過程を指すものではな!/、。

[0010] このように、第 1及び第 2の超音波を集束位置に集束させることによって、気泡群崩壊時の高工ネルギーを局部に集中させることができる。従って、かかる第 1の超音波の照射と第 2の超音波の照射とを交互に繰り返すことによって、極めて強固に付着した粒子も除去することが可能となる。第 1の超音波を 30 秒〜 70 秒発射した後連続して第 2の超音波を 5 μ秒〜 15 秒発射する。これを 80 μ秒〜 120 μ秒のインタ一バルをお、て繰り返し実施することが好ま、。

[0011] 力かる被洗浄物の超音波洗浄において、集束位置調整手段により、集束位置から被洗浄物の表面までの距離を調整できるようにしたので、被洗浄物の汚れの種類や付着強度、被洗浄物の表面の物理的強度 (傷や破損のしにくさ）によって最適な集束位置を任意に設定することができる。集束位置調整手段で調整する集束位置から被洗浄物の表面までの距離にはゼロも含まれる。即ち、集束位置を被洗浄物の表面力表面近傍になるように調整する。

[0012] また、洗浄液は、超音波の照射を受けて集束位置にラジカル (例えば ΟΗラジカル）を生成し、このラジカルによって被洗浄物の表面に付着して、る有機性の汚染物を酸化分解する。この場合にも、第 1及び第 2の超音波^^束位置に集束させること〖こよって、ラジカルの生成に必要なエネルギーを局部に集中させることができるので、効率的にラジカルを生成することができる。しかも、集束位置調整手段により、集束位置力も被洗浄物の表面までの距離を調整できるようにしたので、有機性の汚染物の種類や付着強度、被洗浄物の表面の化学的強度 (ラジカルに対する耐性）によって最適な集束位置を任意に設定することができる。

[0013] これにより、被洗浄物が例えば金属薄膜や回路等の微細パターンが既に形成された半導体基板やガラス基板であっても、微細パターンを破損することなく効果的な超音波洗浄を行うことができる。

[0014] また、本発明では、超音波発生手段及び支持台の少なくとも一方を移動させる移動手段により、被洗浄物の表面を万遍なく超音波洗浄できると共に、移動する速度を変えることで、汚れ具合の大きな表面部分は移動速度を遅くし、汚れ具合の小さな表面部分は移動速度を速くするように、きめ細カゝな洗浄を行うこともできる。

[0015] 本発明の第 2側面は、前記目的を達成するために、被洗浄物の表面に付着する汚れを、超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置であって、前記被洗浄物を搬送する搬送手段と、前記搬送手段の上方に設けられ、ノズル口から洗浄液を前記被洗浄物の表面に向けて吐出すると共に、周波数 1〜： LOMHzの第 1の超音波と、該第 1の超音波の 2分の 1以下の周波数の第 2の超音波とを前記被洗浄物の表面に交互に集束させる超音波発生手段を備えた超音波ノズルと、前記ノズル口から前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、を備えたことを特徴とする。

[0016] 第 2側面は、ノズルロカ被洗浄物に向けて噴出する洗浄液に超音波を付与する超音波ノズル方式の場合である。

[0017] この超音波ノズル方式の第 2側面の場合も、作用効果は第 1側面のディップ方式の場合と同様である。

[0018] 本発明の第 3側面は、第 1側面又は第 2側面において、前記被洗浄物は、半導体基板、 LCD用やフォトマスク用のガラス基板の何れかであることを特徴とする。

[0019] これは、本発明の超音波洗浄装置は、半導体基板、 LCD用やフォトマスク用のガラス基板のように、洗浄時における傷や破損が致命的な品質欠陥になる被洗浄物にお

V、て特に有効だ力である。

[0020] 本発明の第 4側面は、第 1〜3側面の何れ力 1において、前記集束位置に固体物を設けることを特徴とする。

[0021] 気泡は固体物の表面で極めて発生し易いことから、第 4側面のように、超音波の集束位置に固体物を設けることで、気泡群の気泡をより高い密度で形成することができる。これにより、気泡群崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。また、超音波の発生パワーが小さくても効率的に気泡を発生させることができ、省エネになる。

[0022] 本発明の第 5側面は、第 4側面において、前記固体物は、金属板、金属以外の材質の平板、メッシュ板、多孔板の何れかであることを特徴とする。

[0023] これは、気泡の発生を促進する固体物の好ま、例であり、金属板、例えば超音波反射板、金属材質以外の平板、メッシュ板、多孔板を好適に使用することができる。この場合、金属板、平板の場合には、気泡群が崩壊したときのエネルギーが被洗浄物に到達するのを阻害しな、ように、超音波の進行方向と面が平行になるように配置することが好ましい。また、気泡群が崩壊したときのエネルギーが被洗浄物に到達するのを阻害しないメッシュ板や多孔板の場合には、超音波の進行方向に対して面が直交するように配置することも可能である。

[0024] 本発明の第 6側面は第 1、 3、 4、又は 5側面において、前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜して、ることを特徴とする。

[0025] 第 6側面はディップ方式の場合であり、超音波の進行方向が被洗浄物の表面に垂直な方向から傾斜しているようにしたので、被洗浄物の表面における超音波の効力領域及び超音波により生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。更に、音響流による流れ方向を一方向にできることから、被洗浄物の表面から除去された汚れを被洗浄物から速やかに排除でき、洗浄効果を高めることができる。音響流とは、超音波が流体内を伝搬すると、そのビーム内に媒質の流れが生じ、この流れをいう

[0026] 本発明の第 7側面は、第 2〜5側面の何れか 1にお、て、前記ノズル口からの洗浄液の吐出方向及び前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜して、ることを特徴とする。

[0027] 第 7側面は、超音波ノズル方式の場合であり、ノズル口からの洗浄液の吐出方向及び超音波の進行方向が被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜して、るようにしたので、被洗浄物の表面における超音波の効力領域及び超音波により生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。また、ノズル口からの吐出された洗浄液が被洗浄物の表面を流れる方向、及び音響流による流れ方向を一方向にできることから、表面力も除去された汚れを被洗浄物力も速やかに排除でき、洗浄効果を高めることができる。

[0028] 本発明の第 8側面は、第 1〜7側面の何れ力 1において、前記超音波発生手段を 2 基設けると共に、該 2基の超音波発生手段は超音波の集束位置が同一になるように配置されて!ゝることを特徴とする。

[0029] これ〖こより、 1台の超音波発生手段で形成される超音波の集束域よりもより狭隘な範囲で気泡を発生させることができるので、気泡群の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。

[0030] 本発明の第 9側面は、第 8側面において、前記 2基の超音波発生手段は回動軸を中心に回動自在に支持されると共に、前記集束位置調整手段は前記 2基の超音波発生手段を回動させることにより前記集束位置を同一にしながら前記集束位置から前記被洗浄物の表面までの距離を調整するものであることを特徴とする。

[0031] 2基の超音波発生手段は回動軸を中心に回動自在に支持し、集束位置調整手段により 2基の超音波発生手段を回動させるようにしたので、 2基の超音波発生手段からの超音波を容易且つ精度良く集束位置を同一にし且つ集束位置力被洗浄物の表面までの距離を調整することができる。

[0032] 本発明の第 10側面は、第 1〜9側面の何れ力 1において、前記洗浄液中に、ガスを溶解したガス溶解水を吹き込むガス溶解水吹込手段を設けたことを特徴とする。

[0033] これは、ガス溶解水が吹き込まれた洗浄液は吹き込まれな、洗浄液に比べて、超音波の照射によるラジカルの発生が多ぐラジカルによる被洗浄物の洗浄効果を一層高めることができるからである。この場合、吹込口は、集束位置近傍であって、超音波の進行方向力見て集束位置の上流側に配置し、集束位置に向かってガスを吹き出すことが好ましい。これにより、集束位置の上流側に吹き込まれたガス又はガス溶解水が超音波エネルギーの最も高い集束位置において効率的にラジカルを生成し、生成したラジカルが被洗浄物の表面に効率的に到達するからである。

[0034] 本発明の第 11側面は、第 1〜9側面の何れ力 1において、前記洗浄液中に、ガスを吹き込むガス吹込手段を設けたことを特徴とする。 [0035] このように、洗浄液中にガス溶解水を吹き込む代わりに、洗浄液中にガスを直接吹き込むようにしてもよい。

発明の効果

[0036] 以上説明したように本発明の超音波洗浄装置によれば、被洗浄物の表面を傷つけたり、破損させたりすることなぐ表面に付着した粒子や有機性の汚染物等を効果的に除去することができる。従って、本発明は半導体基板、 LCD用やフォトマス用のガラス基板の超音波洗浄に極めて有効である。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の全体構成を示す図であって、超音波の集束位置をガラス基板の表面の場合の概念図

[図 2A]本発明の超音波洗浄のメカニズムを説明する説明図

[図 2B]本発明の超音波洗浄のメカニズムを説明する説明図

[図 3]本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の別の態様であって、超音波の集束位置をガラス基板の表面カゝら離間する場合の概念図

[図 4A]超音波の集束位置に設ける固体物につ、ての説明図

[図 4B]超音波の集束位置に設ける固体物につ、ての説明図

[図 5]本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段をガラス基板に垂直な方向に対して傾斜させた場合の概念図

[図 6]本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を 2基設けた場合の概念図

[図 7]本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を 2基設けると共に、洗浄液にガス溶解水を吹き込む場合の概念図

[図 8]本発明のディップ方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を 2基設けると共に、洗浄液にガスを直接吹き込む場合の概念図

[図 9]超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の全体構成を示す図であって、超音波の集束位置をガラス基板の表面にする場合の概念図説明する概念図

[図 10]超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の別の態様の全体構成を示す図であつて、超音波の集束位置をガラス基板の表面力離間する場合の概念図 [図 11]超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段をガラス基板に垂直な方向に対して傾斜させた場合の概念図

[図 12]超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を 2基設けた場合の概念図

[図 13]超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の更に別の態様であって、超音波発生手段を 2基設けると共に、洗浄液にガスを吹き込む場合の概念図

符号の説明

[0038] 10· ··ディップ方式の超音波洗浄装置、 11· ··洗浄液、 12· ··洗浄槽、 14…ガラス基板、 14Α· ··ガラス基板の表面 (洗浄面）、 16· ··支持台、 18· ··超音波振動子、 20…超音波発生手段、 22· ··集束位置調整手段、 24· ··支持台の移動手段、 26· ··本体部、 2 8…第 1の超音波、 30…第 2の超音波、 32· ··超音波の進行方向を示す矢印、 34· ·· 超音波の中心線、 36· ··気泡群、 38· ··アーム、 40· ··固体物、 42· ··音響流、 44· ··回動軸、 46…ガス吹出口、 48…ガス溶解装置、 50· ··液体供給管、 52…ガス供給管、 100…超音波ノズル方式の超音波洗浄装置、 102· ··搬送手段、 104· ··ノズル口、 10 8…超音波ノズル、 110…ノズル容器、 112…洗浄液供給管、 114· ··ローラ、 P…超音波の集束位置

発明を実施するための最良の形態

[0039] 以下添付図面に従って本発明に係る超音波洗浄装置における好ましい実施の形態について詳説する。

[0040] 図 1〜図 7は、本発明の超音波洗浄装置の第 1の実施の形態であり、被洗浄物を洗浄液中に浸漬させた状態で超音波洗浄するディップ方式における各種の態様を示した概念図である。尚、被洗浄物としてガラス基板の例で説明するが、ガラス基板に限定するものではない。

[0041] 図 1に示すように、ディップ方式の超音波洗浄装置 10は、主として、洗浄液 11を貯留する洗浄槽 12と、洗浄液 11中にガラス基板 14を支持する支持台 16と、超音波を集束することのできる超音波振動子 18を備え、異なる周波数の超音波をガラス基板 14の表面 14Aに向けて交互に集束する超音波発生手段 20と、超音波の集束位置 Pからガラス基板 14の表面 14Aまでの距離を調整する集束位置調整手段 22と、超音波発生手段 20による超音波の効力がガラス基板 14の表面 14Aに万遍なくいきわたるように支持台 16を移動させる移動手段 24と、で構成される。尚、本実施の形態では、移動手段 24は支持台 16を移動するようにしたが、超音波発生手段 20を移動させてもよく、支持台 16と超音波発生手段 20の両方を移動させるようにしてもょヽ。

[0042] 超音波発生手段 20は、主として、本体部 26と超音波振動子 18とで構成され、超音波振動子 18は振動面が凹面形状であり、照射された超音波が支持台 16に支持されたガラス基板 14に向けて集束するように配置される。超音波はスポット状 (点状）に集束されても、ライン状 (線状）に集束される場合でもよいが、本実施の形態ではライン状に集束される場合であり（図 4A及び図 4B参照）、ライン幅がガラス基板 14の幅方向（図 1の表裏方向）の長さ以上になるように設定される。集束する超音波の照射する超音波振動子 18としては、例えば凹面圧電素子を使用することができる。

[0043] そして、図 2A及び図 2Bに示すように、本体部 26に収納された周波数制御可能な発信器 (図示せず)から超音波振動子に信号を供給し、例えば周波数 2MHzの高周波な第 1の超音波 28を約 50 秒照射（図 2A)した後、連続して該第 1の超音波の 2 分の 1以下の例えば約 500KHzの低周波な第 2の超音波 30を約 10 秒照射（図 2B )する。この第 1及び第 2の超音波 28、 30の照射を 1セットとして、これを約 100 秒の短時間のインターノレで繰り返し照射する。この場合、第 1の超音波 28の周波数としては 1〜： LOMHzの範囲が好ましぐ第 2の超音波 30の周波数としは該第 1の超音波の 2分の 1以下の周波数であることがよい。また、第 1の超音波 28の 1回の照射時間は 30 μ秒〜 70 μ秒、第 2の超音波 30の 1回の照射時間は 5 μ秒〜 15 μ秒の範囲である。また、好ましいインターバル時間の範囲としては、 80 μ秒〜 120 μ秒の範囲である。尚、図 2Α及び図 2Βの矢印 32は超音波の進行方向であり、一点鎖線 34 は集束しながら矢印 32方向に進行する超音波 28、 30の中心線である。

[0044] これにより、第 1の超音波 28の照射によりガラス基板 14の表面 14A又は表面 14A 近傍の局部的な収束位置 Ρに高密度で細力な気泡の気泡群 36が発生し、発生した気泡群 36は、続けて照射される第 2の超音波で一気に崩壊する。このときの衝撃力は従来の超音波を集束させない場合に比べて極めて強力であり、ガラス基板 14の表面 14Aに付着した従来除去できな力つた微細な粒子や膜状の汚れを除去できる。また、その強力な衝撃力により効率的にラジカルを生成することができるので、ラジカルによる化学的な洗浄効果も高めることができる。

[0045] また、超音波発生手段 20の本体部 26は、集束位置調整手段 22により図 1の矢印 A— B方向に移動可能に支持される。これにより、超音波 28、 30の集束位置 Pを図 1 のようにガラス基板 14の表面 14Aに設定したり、図 3のようにガラス基板 14の表面 14 A力も離間することができる。集束位置調整手段 22としては、特に図示しないが、例えば、垂直に立設された支柱に本体部 26をナット部材を介してスライド自在に支持すると共に、ナット部材をボールネジに螺合し、ボールネジを正逆回転可能なモータで回転すること〖こより構成することができる。要は、超音波発生手段 20を図 1の矢印 A—B方向に移動できる機構を備えた集束位置調整手段 22であればよい。このように、集束位置調整手段 22を設けて、集束位置 Pからガラス基板 14の表面 14Aまでの距離を調整できるようにしたので、ガラス基板 14の付着する汚れの種類や付着強度、ガラス基板 14表面 14Aの物理的強度 (傷や破損のしにくさ）や化学的強度 (ラジカルに対する耐性）によって最適な集束位置 Pを任意に設定することができる。

[0046] 図 3のように、超音波 28, 30の集束位置 Pをガラス基板 14の表面 14Aから適度に離間することにより、金属薄膜を成膜したガラス基板 14や回路等の微細パターンが形成されたガラス基板のように、気泡群 36の崩壊による衝撃力の影響を受け易いガラス基板 14であっても、金属薄膜や微細パターンを破損しないように超音波洗浄することができる。ガラス基板 14の表面 14Aからどの程度離間させるかは、洗浄しようとするガラス基板 14の諸々の条件によって異なるので、予備試験等により適切な離間距離を把握するとよい。

[0047] また、図 1に示すように、ガラス基板 14を支持する支持台 16は、アーム 38を介して移動手段 24に連結され、矢印 C D方向に支持台 16を移動可能に構成される。これにより、支持台 16と一緒に移動するガラス基板 14に対して、ガラス基板 14に向けてライン状の第 1及び第 2の超音波 28、 30を交互に集束させて、気泡群の発生と崩壊を繰り返すことにより、ガラス基板 14の表面 14Aを万遍なく超音波洗浄することができる。移動手段としては、特に図示しないが、例えば、シリンダロッドの伸縮によりァームを矢印 C D方向にストロークさせるシリンダ装置や、ボールネジでアームを矢印 C— D方向に往復移動させるボールネジ機構等を使用することができる。

[0048] また、超音波による気泡の発生は固体表面で多く発生するため、図 3に示すように

、超音波 28、 30の集束位置 Pに固体物 40を設けることが好ましい。

[0049] 図 3は、超音波 28、 30の集束位置 Pに、使用する超音波の波長よりも十分薄!、厚さの金属板 (超音波反射板)を上記した中心線 34上に設けた場合である。この金属板の面は図 4Aのように超音波の進行方向 32に平行になるようにすることで、発生した気泡がガラス基板 14に到達する上で障害にならないようにできる。このように、超音波 28, 30の集束位置 Pに固体物 40を設けることで、第 1の超音波 28による気泡の発生を促進し、高密度な気泡群 36を形成することができるので、気泡群 36の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。また、気泡群 36の崩壊により発生する多量のラジカルは、超音波 28、 30の音響流 42によりガラス基板 14の表面 14Aまで運ばれ、表面 14Aに付着した有機性の汚染物をラジカルにより化学的に分解して除去する。

[0050] 超音波 28, 30の集束位置 Pに設ける固体物 40は金属板に限らず、他の例えばセラミタスやプラスチックの材質の平板でもよぐ図 4Bに示すように、多数の孔を有する金属網や色々な材質の多孔板でもよい。金属網や多孔板は、その孔を通して気泡や洗浄液をガラス基板 14上に送ることができるので、金属網や多孔板の面を超音波 28、 30の進行方向 32に対して直交する方向に設置することもできる。この場合、固体表面での気泡の発生を確保しつつ気泡や洗浄液を十分に基板 14に供給するためには、金属網などを構成する針金の径及び開口部の大きさや、多孔板の孔の径及び孔のピッチは超音波の波長よりも十分小さい、例えば 0. 5mm以下程度が好ましい。

[0051] 図 5は、超音波 28, 30の集束位置 Pをガラス基板 14の表面 14Aから離間させると共に、超音波 28, 30の進行方向 32がガラス基板 14の垂直方向に対して 30° の角度 )になるようにしたものである。このように、超音波 28、 30の進行方向 32がガラス基板 14の表面 14Aに垂直な方向力も傾斜しているようにしたので、ガラス基板 14 の表面 14Aにおける超音波の効力領域及び超音波により生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。更に、音響流 42による流れ方向を一方向にできることから、ガラス基板 14の表面 14Aから除去された汚れをガラス基板 14から速やか〖こ排除でき、洗浄効果を高めることができる。傾斜させる角度（α )としては、 10° 〜80 ° の範囲が好ましぐ 50° 〜70° の範囲がより好ましい。これは、角度 )が 10° 未満では、超音波 28、 30の効力領域を広くする効果が発揮されないと共に、 80° を超えると、効力領域が広くなりすぎて超音波洗浄効力が低下するためである。

[0052] 図 6は、 2つの超音波振動子 18をそれぞれ水平角（ β )が可変になるように配置し、且つ 2つの超音波振動子 18からの超音波が一点で集束するように構成した一例である。水平角（ β )はガラス基板 14の水平な表面 14Aに対する超音波 28, 30の進行方向 32の角度をいう。

[0053] 2つの超音波振動子 18からの超音波が一点で集束するため、それぞれの超音波発生手段 20の本体部 26は、超音波振動子 18の超音波発生面からその集束位置 Ρ までの距離 Lを半径とした円周上を移動 (E—F方向）することができるように支持される。このように配置することによって、集束位置 Ρを変えずに水平角（j8 )を自由に変ィ匕させることができる。水平角（ j8 )の最適値は被洗浄物によっても異なるが、おおむね 45° ± 30° の範囲である。また 2つの超音波発生手段 20を支持した構造体 26B を上下方向に移動するか、あるいは基板 14を上下方向に移動することによって、超音波の集束位置 Pと被洗浄物である基板 14との間の距離を調整する。このように、 2 基の超音波発生手段 20を設けて、集束位置 Pを同一にすることにより、超音波の集束域近傍で限定された範囲で、より大量の気泡群 36を発生させることができるので、気泡群 36の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。

[0054] 図 7は、 2基の超音波発生手段 20を設けると共に、その集束位置 Pの近傍に洗浄液中にガス又はガスを溶解したガス溶解水を吹き込む吹込口 46を設けた超音波洗浄装置 10である。吹き込むガスとしては、水素ガス、アルゴンガス等の超音波 28、 30 によりラジカルを発生し易いガスが好ましい。この場合、洗浄液 11中にガスを直接吹き込むようにしてもょヽが、ガスを溶解したガス溶解水を洗浄液 11中に供給するようにすると一層よい。図 7はガス溶解水を供給するように装置構成を形成したもので、洗浄槽 12の外側に、中空糸膜を使用したガス溶解装置 48が設けられる。このガス溶解装置 48に液体導入管 50から予め脱気処理により溶存ガスを除去した超純水を供給すると共に、ガス供給管 52から水素ガスを供給し、超純水に水素ガスを溶解させたガス溶解水を製造する。そして、ガス溶解水を供給管 54の吹込口 46から洗浄槽 1 2内に吹き込む。洗浄液 11へのガスの吹き込みは、 2基の超音波発生手段 20に限定されるものではなぐ図 1〜図 6で説明した 1基の超音波発生手段 20にも適用できる。

[0055] このように、集束位置 Pの近傍にガスが吹き込まれた洗浄液 11は、吹き込まれない洗浄液に比べて、超音波 28、 30の照射によるラジカルの発生が多ぐラジカルによるガラス基板 14の洗浄効果を一層高めることができるからである。この場合、吹込口 46 は、集束位置 P近傍であって、超音波 28、 30の進行方向 32から見て集束位置 Pの上流側に配置し、集束位置 Pに向力つてガス又はガス溶解水を吐出することが好ましい。これにより、集束位置 Pの上流側に吹き込まれたガスが超音波エネルギーの最も高い集束位置 Pにおいて効率的にラジカルとなり、ガラス基板 14の表面 14Aに到達するカゝらである。

[0056] 図 8は、図 7の超音波洗浄装置 10において、ガス溶解水の代わりにガス（図 8は水素ガスを吹き込む場合)を洗浄槽 12内に直接吹き込むようにしたものであり、この場合にも、ガス溶解水を吹き込んだ場合と同様の効果を得ることができる。

[0057] 図 9〜図 13は、本発明の超音波洗浄装置の第 2の実施の形態であり、ノズルロカ、ら被洗浄物に向けて吐出する洗浄液に超音波を付与する超音波ノズル方式における各種の態様を示した概念図である。尚、第 1の実施の形態と同じ部材ゃ手段には同符号を付して説明する。

[0058] 図 9に示すように、超音波ノズル方式の超音波洗浄装置 100は、主として、ガラス基板 14を搬送する搬送手段 102と、搬送手段 102の上方に設けられ、ノズル口 104力ら洗浄液 11をガラス基板 14の表面 14Aに向けて吐出すると共に、異なる周波数の超音波をガラス基板 14の表面 14Aに向けて交互に集束させる超音波発生手段 20を備えた超音波ノズル 108と、ノズル口 104力もガラス基板 14の表面 14Aまでの距離を調整する集束位置調整手段 22と、で構成される。

[0059] 超音波ノズル 108は、主として、本体部 26と、超音波振動子 18と、ガラス基板 14の幅方向（図 9の表裏方向）に長いスリット状のノズル口 104が下向きに開口されたノズル容器 110とで構成される。ノズル容器 110の天井面には超音波振動子 18が配置されると共に、側面には洗浄液 11が供給される洗浄液供給管 112が接続される。超音波振動子 18は、振動面が凹面形状であり、第 1の実施の形態で説明したと同じ第 1 の超音波 28と第 2の超音波 30とがガラス基板 14に向けて集束するように配置される。この場合、超音波 28、 30は、スリット状のノズル口 104に沿ってライン状に集束される。ガラス基板 14を搬送する搬送手段 102としては、図 9に示すように、駆動ローラ 1 14を並べたローラコンベア装置を好適に使用することができる力これに限定するものではない。超音波ノズル方式の超音波洗浄装置 100の場合、ノズル口 104から吐出された洗浄液 11は、ガラス基板 14の表面 14Aを洗浄した後、搬送手段 102の下方に設けられた図示しない受け容器に落下するので、洗浄液 11が落下しやすい搬送手段 102であればよ!、。

[0060] このように構成された超音波ノズル式の超音波洗浄装置 100によれば、ノズル容器 110に洗浄液 11を供給してノズル口 104力もガラス基板 14に向けて吐出しながら、本体部 26に収納された周波数制御可能な発信器 (図示せず)から超音波振動子 18 に信号を供給し、例えば周波数 2MHzの高周波な第 1の超音波 28を約 50 秒照射した後、連続して該第 1の超音波 28の 2分の 1以下の例えば約 500KHzの低周波な第 2の超音波 30を約 10 秒照射する。これを約 100 秒の短時間のインターバルで繰り返し照射する。これにより、超音波ノズル式の超音波洗浄装置 100の場合にも、ディップ方式の超音波洗浄装置 10と同様の超音波洗浄効果を得ることができる。この場合、第 1及び第 2の超音波 28、 30の 1回に照射する照射時間、及びインターバル時間の好ま、範囲は第 1の実施の形態と同様である。

[0061] また、超音波ノズル 108は集束位置調整手段 22により、矢印 A— B方向に移動可能であり、これによりノズル口 104及び集束位置 Pを、図 9のようにガラス基板 14の表面 14Aに略接触する位置まで近づけたり、図 10のようにガラス基板 14の表面 14Aから離間することができる。集束位置調整手段 22としては、例えば第 1の実施の形態で説明したボールネジ機構を使用することができる。これにより、第 1の実施の形態で説明したと同様の作用効果を得ることができるので、金属薄膜を成膜したガラス基板 14 や回路等の微細パターンが形成されたガラス基板 14のように、気泡群 36の崩壊による衝撃力の影響を受け易いガラス基板 14であっても、金属薄膜や微細パターンを破損しな、ように超音波洗浄することができる。

[0062] また、超音波ノズル方式の超音波洗浄装置の場合も、図 10及び図 11のように、超音波の集束位置 Pに固体物 40を設けることにより、気泡の発生を促進することができる。また、図 11のように、ノズル口 104からの洗浄液 11の吐出方向及び超音波 28、 3 0の進行方向 32の角度 _αがガラス基板 14の表面 14Aに垂直な方向に対して傾斜させることが好ましい。これにより、第 1の実施の形態と同様に、ガラス基板 14の表面 1 4Αにおける超音波 28、 30の効力領域及び超音波 28、 30〖こより生成されるラジカルの効力領域を広くすることができる。また、ノズル口 104からの吐出された洗浄液 11 がガラス基板 14の表面 14Aを流れる方向、及び音響流 42による流れ方向を一方向にできることから、ガラス基板 14の表面 14Aから除去された汚れをガラス基板 14から速やかに排除でき、洗浄効果を高めることができる。適切な角度 OCは第 1の実施の形態と同様である。

[0063] 図 12は、 1つの超音波ノズル 108に 2つの超音波発生手段 20を集束位置 Ρが同一になるように対向配置させたもので、ノズル容器 110は断面半円状の蒲鋅形状に形成され、 2つの超音波振動子 18の間に洗浄液 11を供給する洗浄液供給管 112が接続される。このように、 2基の超音波発生手段 20を設けて、集束位置 Ρを同一にすること〖こより、 1台の超音波発生手段 20で形成される超音波 28、 30の集束域近傍で限定された範囲で気泡を発生させることができるので、気泡群 36の崩壊時に一層高いエネルギーを得ることができる。

[0064] 図 13は、ノズル容器 110に供給する洗浄液 11にガスを吹き込むようにしたもので、洗浄液供給管 112の途中に、中空糸膜を使用したガス溶解装置 48が設けられる。これにより、ノズル容器 110に供給する洗浄液 11中のガス濃度が高くなるので、超音波 28、 30の照射によるラジカルの発生が多ぐラジカルによるガラス基板 14の洗浄効果を一層高めることができる。

[0065] 尚、本発明の実施の形態では、被洗浄物としてガラス基板 14の例で説明したが、これに限定されるものではなぐ半導体基板でもよぐその他、超音波洗浄できるものであれば何でもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 被洗浄物の表面に付着する汚れを、超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置であって、

前記洗浄液を貯留する洗浄槽と、

前記洗浄液中に前記被洗浄物を支持する支持台と、

周波数 l〜10MHzの第 1の超音波と、該第 1の超音波の 2分の 1以下の周波数の第 2の超音波とを前記被洗浄物に向けて交互に集束させる超音波発生手段と、前記集束させる集束位置カゝら前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、

前記超音波発生手段による超音波の効力が前記被洗浄物の表面に万遍なくいきわたるように前記超音波発生手段及び前記支持台の少なくとも一方を移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする超音波洗浄装置。

[2] 被洗浄物の表面に付着する汚れを、超音波を付与した洗浄液で超音波洗浄する超音波洗浄装置であって、

前記被洗浄物を搬送する搬送手段と、

前記搬送手段の上方に設けられ、ノズル口から洗浄液を前記被洗浄物の表面に向けて吐出すると共に、周波数 1〜： LOMHzの第 1の超音波と、該第 1の超音波の 2分の 1以下の周波数の第 2の超音波とを前記被洗浄物の表面に向けて交互に集束させる超音波発生手段を備えた超音波ノズルと、

前記ノズル口カゝら前記被洗浄物の表面までの距離を調整する集束位置調整手段と、を備えたことを特徴とする超音波洗浄装置。

[3] 前記被洗浄物は、半導体基板、 LCD用やフォトマスク用のガラス基板の何れかであることを特徴とする請求項 1又は 2の超音波洗浄装置。

[4] 前記超音波の集束位置に固体物を設けることを特徴とする請求項 1〜3の何れか 1 の超音波洗浄装置。

[5] 前記固体物は、金属板、金属以外の材質の平板、メッシュ板、多孔板の何れかであることを特徴とする請求項 4の超音波洗浄装置。

[6] 前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜して、ることを特徴とする請求項 1、 3、 4、又は 5の超音波洗浄装置。

[7] 前記ノズル口からの洗浄液の吐出方向及び前記超音波の進行方向が前記被洗浄物の表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項 2〜5の何れか 1の超音波洗浄装置。

[8] 前記超音波発生手段を 2基設けると共に、該 2基の超音波発生手段は超音波の集束位置が同一になるように配置されていることを特徴とする請求項 1〜7の何れか 1の超音波洗浄装置。

[9] 前記 2基の超音波発生手段は回動軸を中心に回動自在に支持されると共に、前記集束位置調整手段は前記 2基の超音波発生手段を回動させることにより前記集束位置を同一にしながら前記集束位置力前記被洗浄物の表面までの距離を調整するものであることを特徴とする請求項 8の超音波洗浄装置。

[10] 前記洗浄液中にガスを溶解したガス溶解水を吹き込むガス溶解水吹込手段を設けたことを特徴とする請求項 1〜9の何れか 1の超音波洗浄装置。

[11] 前記洗浄液中にガスを吹き込むガス吹込手段を設けたことを特徴とする請求項 1〜 9の何れか 1の超音波洗浄装置。